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下一代手机设计的不同连接技术选择
作者：Ray Casey、Triton Hurd
来源：电子系统设计
日期：2007-10-10 09:54:23
摘要：今天的手机已经能够支持各种各样吸引人的应用，如无线耳机、廉价无线互联网连接、在手机上进行的金融交易、在手机之间方便而容易地传输少量数据、以及在手机与PC/笔记本电脑之间传输大量数据。
今天的手机已经能够支持各种各样吸引人的应用，如无线耳机、廉价无线互联网连接、在手机上进行的金融交易、在手机之间方便而容易地传输少量数据、以及在手机与PC/笔记本电脑之间传输大量数据。
实现上述所有功能要求不同的连接技术(包括有线和无线技术)，以支持这些必须的功能和它们相应的外设，它们包括蓝牙、Wi-Fi、IrDA(Infrared Data Association)和USB等。这些技术在性能、功耗和易用性方面各有优势与不足。不同的使用模式适合不同的连接技术。
表将以下要讨论的各种连接技术进行了比较，给出了各自的性能参数(包括带宽和数据传输速率等)、功耗和方便易用性等。目的就是介绍支持上述特性的各种连接技术的信息，以帮助设计人员了解各方面因素的综合平衡。
蓝牙连接技术
蓝牙技术在短距离语音应用领域占主导地位，但在数据传输方面的表现一直不够好。其原因有很多，最主要的原因就是易用性问题。如果用户想要通过蓝牙实现手机和PC的数据同步，过程会非常麻烦。用户必须在PC上创建蓝牙个人局域网(PAN)，设置PC搜索支持蓝牙功能的设备，设置电话为“可视”模式，要是PC还不能识别出手机的话(一开始总是很难马上识别)，那么就必须采取一系列解决故障的措施。用户几乎必须是专业IT人士才能确保完成正常连接。
就数据传输而言，蓝牙的另一缺点就是传输速率问题。1.2版的最高数据传输速率为1Mbps，2.0版的最高速度为3Mbps。这种数据同步速率对用户联系信息和日历信息来说还够用，也适合电话之间传输商业名片等信息的相互通信。但是，如果手机支持MP3播放器，用户想传输几个G的音乐到手机上，那么就要花上几个小时的时间。长时间等待传输完成着实让人头疼，从而导致无线连接的优势荡然无存。
功耗也是问题，工作时，蓝牙的平均耗电量为45mA，即便不工作，即在待机状态下保持设备连接时，它也会耗电15mA。因此，要是用户一直保持蓝牙耳机的连接状态，等着接打电话，那么就会发现手机电池电量明显减少。蓝牙硅技术制造商正在努力降低耗电问题，为此甚至将一些蓝牙处理任务交由一些处理器帮忙解决。
Wi-Fi基于IEEE 802.11规范，最初开发用于通过笔记本电脑实现LAN的无线因特网连接。目前所有新型笔记本电脑都已采用Wi-Fi芯片组，如今用户借助笔记本电脑可在办公室里到处漫游，并通过来自他们选定的任意会议室和办公室的Wi-Fi连接实现因特网无线接入和收发电子邮件。随着时间的推移，安全性也在不断改善，用户现在已经不用太担心无线上网过程中数据被偷窥。Wi-Fi数据传输速率和有线连接的速率越来越接近，因此几乎没有什么理由会阻止普通消费者和商业机构采用无线接入技术。
Wi-Fi技术正在进入多用途手持终端。随着支持VoIP功能手机的推出，用户能在家庭和办公室环境中用Wi-Fi网络来接打语音电话，从而减少位于接入点范围内时用户的通话计时费用。对那些员工要确保随时能够取得联系的公司而言，为了全球互动工作要花费大量的长话费用，这时上述功能对他们就特别有吸引力。
不过，就可用性而言，Wi-Fi与蓝牙面临相似的问题，连接过程也比较长。就功耗而言，特别是就电池供电的应用来说，Wi-Fi尽管在这方面不断改进，但目前还不尽人意。目前手机中使用的Wi-Fi都一定程度上限制了速度的发挥，以确保带宽和电池使用时间的最佳平衡。随着市场中众多手机产品都开始支持Wi-Fi，今年支持该技术的手机还将继续增多，因此这方面的问题会不断得到解决。
IrDA连接技术
IrDA是一种在欧洲和亚洲市场广受欢迎的连接技术，这很大程度上得益于其在销售点(POS)应用中。该技术能让乘客方便地支付早上乘坐地铁等交通工具的费用。
IrDA是一种点到点的低带宽近距离通信技术，必须直线对传，中间不能有障碍物。这种技术允许两个设备在最长1米的距离之间进行数据传输，理想情况下传输速率最高可达16Mbps。IrDA相对于其它技术独特的优势体现在安全性方面。与蓝牙和Wi-Fi不同，IrDA不会随意向设备附近任何方向的人传输数据。用户必须直接无障碍地接触设备，知道到底谁在接收数据。在执行POS交易时，这点尤其重要，因为这涉及到用户的个人信息。
IrDA收发器的功耗分为三种类型：关机功耗、待机功耗和传输功耗。关机状态下，功耗可以忽略不计。不过，用户必须打开设备才能使用(通常要在多个窗口中进行导航才可以)。大多数用户会保持设备一直开启，以随时与其它设备传输信息，并快速启动连接。待机期间，用户可接收并启动连接，功耗约为100uA，对电池使用寿命的影响极小。传输期间(已经建立连接)，功耗会骤然上升到至少100mA，如果数据传输速率较高的话，功耗还会更高。对连接时间较短的应用而言，如POS交易或与另一部手机的联系人信息交换，这还是可以接受的。但对需要长时间建立连接的应用来说，如调制解调器连接或音乐/图片文件的传输等，采用这种技术电池电量就会很快耗尽。
USB连接技术
USB目前在PC领域中已经通用了，而且USB-IF不断努力增加新的特性，确保满足业界和市场需求(例如为手持应用定义了迷你型号和现在的微型USB接头标准)，USB已经成了手机连接到PC的首选技术，特别对海量存储的传输来说更是如此。
就可用性而言，USB在各种连接技术中表现最佳。只要插上就能马上工作。就数据传输速率而言，手机已经支持12Mbps的全速USB很长时间了，能以极低的成本为手机提供USB功能，而且现在正积极向480Mbps速率的高速USB发展。
就有线USB连接而言，功耗通常不是问题，因为电力是通过USB线缆中的Vbus/GND从主机直接获得的，和信号对一起提供。
Certified Wireless USB是值得简单介绍一下的，因为该技术将实现USB的无线连接。该技术和Bluetooth 2.0都采用超宽带(UWB)射频技术，这可能有助于该技术在手机中的推广。这就是说，相同的射频技术可在不同时间支持不同使用模式下的蓝牙和Certified Wireless USB。这种整合性因素对促进手机继续向多合一的通信娱乐设备发展很有帮助。
本文小结
目前使用的一些连接技术主要针对某种具体应用而设计，对手机来说是后加上的功能。随着手机不断成为兼容并包型的便携式设备，能支持各种通信和娱乐需求，手机客户和服务提供商会要求手机针对各种新型规范极为迅速得进行优化。手机设计人员最好不要另起炉灶重新来过，而应根据有关特性和功能利用现有的连接技术，进行适当的改变来满足需要。
随着技术的发展，我们所面临的这种情况会得以好转，典型的例子就是Bluetooth 2.0和Certified Wireless USB都采用UWB射频技术，提供了更多方便，换而言之，就是能以统一的射频技术来支持两种连接技术，满足不同使用情况的要求。这充分说明，技术整合有助于降低手机设计的复杂性，有助于推出更高效、高性价比的解决方案。
作者：Ray Casey、Triton Hurd
赛普拉斯半导体公司
实现上述所有功能要求不同的连接技术(包括有线和无线技术)，以支持这些必须的功能和它们相应的外设，它们包括蓝牙、Wi-Fi、IrDA(Infrared Data Association)和USB等。这些技术在性能、功耗和易用性方面各有优势与不足。不同的使用模式适合不同的连接技术。
表将以下要讨论的各种连接技术进行了比较，给出了各自的性能参数(包括带宽和数据传输速率等)、功耗和方便易用性等。目的就是介绍支持上述特性的各种连接技术的信息，以帮助设计人员了解各方面因素的综合平衡。
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表：手机中可能用到的四种连接技术的性能参数、功耗及特点比较。蓝牙连接技术
蓝牙技术在短距离语音应用领域占主导地位，但在数据传输方面的表现一直不够好。其原因有很多，最主要的原因就是易用性问题。如果用户想要通过蓝牙实现手机和PC的数据同步，过程会非常麻烦。用户必须在PC上创建蓝牙个人局域网(PAN)，设置PC搜索支持蓝牙功能的设备，设置电话为“可视”模式，要是PC还不能识别出手机的话(一开始总是很难马上识别)，那么就必须采取一系列解决故障的措施。用户几乎必须是专业IT人士才能确保完成正常连接。
就数据传输而言，蓝牙的另一缺点就是传输速率问题。1.2版的最高数据传输速率为1Mbps，2.0版的最高速度为3Mbps。这种数据同步速率对用户联系信息和日历信息来说还够用，也适合电话之间传输商业名片等信息的相互通信。但是，如果手机支持MP3播放器，用户想传输几个G的音乐到手机上，那么就要花上几个小时的时间。长时间等待传输完成着实让人头疼，从而导致无线连接的优势荡然无存。
功耗也是问题，工作时，蓝牙的平均耗电量为45mA，即便不工作，即在待机状态下保持设备连接时，它也会耗电15mA。因此，要是用户一直保持蓝牙耳机的连接状态，等着接打电话，那么就会发现手机电池电量明显减少。蓝牙硅技术制造商正在努力降低耗电问题，为此甚至将一些蓝牙处理任务交由一些处理器帮忙解决。
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Wi-Fi连接技术Wi-Fi基于IEEE 802.11规范，最初开发用于通过笔记本电脑实现LAN的无线因特网连接。目前所有新型笔记本电脑都已采用Wi-Fi芯片组，如今用户借助笔记本电脑可在办公室里到处漫游，并通过来自他们选定的任意会议室和办公室的Wi-Fi连接实现因特网无线接入和收发电子邮件。随着时间的推移，安全性也在不断改善，用户现在已经不用太担心无线上网过程中数据被偷窥。Wi-Fi数据传输速率和有线连接的速率越来越接近，因此几乎没有什么理由会阻止普通消费者和商业机构采用无线接入技术。
Wi-Fi技术正在进入多用途手持终端。随着支持VoIP功能手机的推出，用户能在家庭和办公室环境中用Wi-Fi网络来接打语音电话，从而减少位于接入点范围内时用户的通话计时费用。对那些员工要确保随时能够取得联系的公司而言，为了全球互动工作要花费大量的长话费用，这时上述功能对他们就特别有吸引力。
不过，就可用性而言，Wi-Fi与蓝牙面临相似的问题，连接过程也比较长。就功耗而言，特别是就电池供电的应用来说，Wi-Fi尽管在这方面不断改进，但目前还不尽人意。目前手机中使用的Wi-Fi都一定程度上限制了速度的发挥，以确保带宽和电池使用时间的最佳平衡。随着市场中众多手机产品都开始支持Wi-Fi，今年支持该技术的手机还将继续增多，因此这方面的问题会不断得到解决。
IrDA连接技术
IrDA是一种在欧洲和亚洲市场广受欢迎的连接技术，这很大程度上得益于其在销售点(POS)应用中。该技术能让乘客方便地支付早上乘坐地铁等交通工具的费用。
IrDA是一种点到点的低带宽近距离通信技术，必须直线对传，中间不能有障碍物。这种技术允许两个设备在最长1米的距离之间进行数据传输，理想情况下传输速率最高可达16Mbps。IrDA相对于其它技术独特的优势体现在安全性方面。与蓝牙和Wi-Fi不同，IrDA不会随意向设备附近任何方向的人传输数据。用户必须直接无障碍地接触设备，知道到底谁在接收数据。在执行POS交易时，这点尤其重要，因为这涉及到用户的个人信息。
IrDA收发器的功耗分为三种类型：关机功耗、待机功耗和传输功耗。关机状态下，功耗可以忽略不计。不过，用户必须打开设备才能使用(通常要在多个窗口中进行导航才可以)。大多数用户会保持设备一直开启，以随时与其它设备传输信息，并快速启动连接。待机期间，用户可接收并启动连接，功耗约为100uA，对电池使用寿命的影响极小。传输期间(已经建立连接)，功耗会骤然上升到至少100mA，如果数据传输速率较高的话，功耗还会更高。对连接时间较短的应用而言，如POS交易或与另一部手机的联系人信息交换，这还是可以接受的。但对需要长时间建立连接的应用来说，如调制解调器连接或音乐/图片文件的传输等，采用这种技术电池电量就会很快耗尽。
USB连接技术
USB目前在PC领域中已经通用了，而且USB-IF不断努力增加新的特性，确保满足业界和市场需求(例如为手持应用定义了迷你型号和现在的微型USB接头标准)，USB已经成了手机连接到PC的首选技术，特别对海量存储的传输来说更是如此。
就可用性而言，USB在各种连接技术中表现最佳。只要插上就能马上工作。就数据传输速率而言，手机已经支持12Mbps的全速USB很长时间了，能以极低的成本为手机提供USB功能，而且现在正积极向480Mbps速率的高速USB发展。
就有线USB连接而言，功耗通常不是问题，因为电力是通过USB线缆中的Vbus/GND从主机直接获得的，和信号对一起提供。
Certified Wireless USB是值得简单介绍一下的，因为该技术将实现USB的无线连接。该技术和Bluetooth 2.0都采用超宽带(UWB)射频技术，这可能有助于该技术在手机中的推广。这就是说，相同的射频技术可在不同时间支持不同使用模式下的蓝牙和Certified Wireless USB。这种整合性因素对促进手机继续向多合一的通信娱乐设备发展很有帮助。
本文小结
目前使用的一些连接技术主要针对某种具体应用而设计，对手机来说是后加上的功能。随着手机不断成为兼容并包型的便携式设备，能支持各种通信和娱乐需求，手机客户和服务提供商会要求手机针对各种新型规范极为迅速得进行优化。手机设计人员最好不要另起炉灶重新来过，而应根据有关特性和功能利用现有的连接技术，进行适当的改变来满足需要。
随着技术的发展，我们所面临的这种情况会得以好转，典型的例子就是Bluetooth 2.0和Certified Wireless USB都采用UWB射频技术，提供了更多方便，换而言之，就是能以统一的射频技术来支持两种连接技术，满足不同使用情况的要求。这充分说明，技术整合有助于降低手机设计的复杂性，有助于推出更高效、高性价比的解决方案。
作者：Ray Casey、Triton Hurd
赛普拉斯半导体公司
